我是计算机系的教授，今年是我们这个学科的一位先驱诞辰百年，先讲一点点他和这个学科的关系。计算机已经成为我们日常的工具，它的基本单位比特（bit）是“binary digit”的缩写。比特的“年龄”也不大——它作为一个术语，是由科学家香农（Shannon）于1948年在一篇著名的论文《通讯的数学原理》中提出的。那么，什么是信息？香农在这篇文章里指出，“信息是用来消除不确定性的东西”。他在论文里明确给出了信息度量的方式（如下公式），其中对数取2为底，单位就是比特。
这个公式与具体对象信息出现的概率有关；而度量单位则用了“entropy”这个单词。从这个公式里面我们可以看到，所谓信息量越大，不确定性越大，消除这种不确定性或者把它搞清楚，所需要的信息量就越大。
这个理论对我所在的计算机学科有很大的贡献：它定义了信息是什么，以及怎么能够保证信息通讯的准确性，通讯包括了端与端之间、人与机之间。香农的信息论不仅影响了信息领域的发展，而且在那个时代也引起了其他学科领域中的探讨和应用热潮。
这里要提到一篇1954年发表在《实验心理学》期刊上的文章。这篇文章借用信息论做了一个看似简单的实验，测试人精确操控工具的能力，这个能力通过难度的指标推算出来人每次在目标大小和目标距离改变时所需的时间。做这个研究的科学家叫费茨（Fitts），这个实验完全受香农信息论影响。研究成果被我们称为费茨定律。这个定律表达了人的能力、人的动作所携带的信息，对我所从事的研究领域——人机交互，意义深远。今天我们用的手机和电脑，其界面都直接或者间接受到这一定律的影响。
香农的另外一项贡献来自他在MIT的硕士论文，有关电路分析的一套数学工具。他证明了用布尔代数就可以有效地分析、推理、比较相应的电路设计以及验证它的正确性。他的这篇硕士论文被称为上世纪最伟大的硕士论文，因为他奠定了我们今天计算机电路设计的基础。因此我们说，香农在信息领域、在计算机学科中有奠基性的贡献。而我希望通过他的贡献来谈谈计算机学科的产生，以及学科交叉的问题。
计算机学科的产生与发展：
学科交叉
相对一些更基础、更传统的学科，计算机学科其实很年轻，还有一个发展变化的过程。
计算机相关研究在三四十年代非常活跃，四十年代有了数字电子计算机后，学科的发展变化轰轰烈烈；但直到1962年才开始设置计算机科学学位，在美国普渡大学。作为一个学科要回答很多问题：这个学科是工科还是理科？只是一门技术的学习吗？对这些问题的争论不止于普渡大学第一次授这个学位之时——在我1984年进入清华时，我们系的名字也不叫现在的“计算机科学与技术系”。
1985年，两个国际学术组织ACM和IEEE CS，还专门对计算机作为一门学科的存在性进行了讨论。4年后他们做出一个报告，报告的题目表明，计算机科学是一门学科。文章的结论是，计算机科学中有关于计算机的问题和显著的成就，有一套课程结构，这个课程结构可以使学生了解这个领域的内容、关系、理论、实验方法、设计方法等。可以看到，要论证一个学科的存在就要证明它的研究对象、研究方法和对社会及科学技术的贡献。
每一个学科都有发生、发展的过程，这是科学和学科发展的事实。说到学科交叉，当时香农的研究任务本身的复杂性需要他有相应的交叉研究，吸取其他学科的研究方法，解决具体的问题，再进行总结、推广，并发生影响。所以说计算机学科其实是学科交叉的结果，它也会再和别的学科交叉，产生进一步的研究空间和创新成果。
回顾历史可以发现，其实最早的科学研究是不分学科的。清华艺术博物馆现有《对话达?芬奇》展览。达?芬奇是被誉为“文艺复兴时期人类智慧象征”的著名科学家、艺术家，他在艺术与科学方面做出了卓绝的贡献，是艺术与科学完美结合的先驱伟人。展览中可以看到达?芬奇关于地理学、植物学、天文学、飞行学、水利学、文学、建筑、军事、仪器制造等方面设计和创造。他的研究也说明，早期的科学本身就是相互融合、不区分学科的。我们今天的学科体系也经历着融合、分化、再综合的演化过程。
我们来看看今天的学科门类。我国有学科门类的划分标准：根据研究对象、研究特征、研究方法、学科派生的来源、研究的目的和目标，把学科分为五个大类——自然科学、农业科学、医学科学、医药科学、工程与技术学科、人文与社会科学。而教育部2011年版的《学位授予和人才培养的学科目录》中有13个学科门类和110个一级学科。
各个学科好像是有所区分，但是每个学科本身的产生，和我们的社会和科技生活有很大关系。
清华现有几十个院系，我们学校的学科越来越多，目前院系所对应的学科门类也越来越齐全。而现在，院系之间有很多交叉，此外还有些交叉学科的研究生项目，科研项目则更多。
为什么要做学科交叉？随着科学本身向着更深层次和更高水平发展，科学研究的对象和思维方式也向着开放性、创造性和综合性等发展。针对某一问题的不同学科属性、联系和规律等认识的更加深入，需要在学科拓展外延上和宏观层面上的研究，这种研究显然需要多个分支学科深化研究的成果，问题的解决表现为综合交叉学科的特点。实际上，科研是探索未知世界或解决实际问题，而未知世界和实际问题是不分学科的，科研的突破点往往是交叉学科。
1）信息艺术设计项目
下面来谈谈两项我本人参与其中的交叉学科培养工作。第一个是，计算机系、美术学院以及新闻传播学院的交叉学科硕士项目——信息艺术设计。我们从2009年开始招生。它的产生是出于学科交叉研究的需要，并且学校也顺应需求建立了相应的平台。这是一个集成了艺术、媒体和技术的综合平台，是一个和工业界结合的教育项目，这种交叉的方法贯彻始终。这里发生交叉的是科技（信息科学技术学院）、艺术（美术学院）和传媒（新闻与传播学院）；中间发生交集的点是设计的创新。
我们的培养计划内容较多。从下图中可以看到，左边是多入口（Multiple Entry），而由于目前学校并没有给这个培养计划一个专门学位，所以右边是多样出口（Multiple Exit），也即要在新闻学、设计艺术学和计算机科学这三个培养单位里确定一个出口学位。所以中间的培养过程（One Platform）就比较复杂。我们将这个培养计划称为“MOM”模式。
这个平台的特点：第一，教师师资的构成区别于传统院系——除了三个学院之外，还有从国际上其他高校聘来的老师，以及工业界人士前来参与。训练模式和教学模式是交叉学科的方法，对这几个学院的研究对象和研究方法有一定的扩展，并且学生不仅要达到所选择出口学位的水平，也要在自己本专业的技能上有深入和扎实的培训。
从培养团队和方法上说，我们主要是整合设计方法论，进行多领域的项目实训和大量的实践项目，在这个过程中让学生接受多种设计方法以及技术方法的培训。
这里展示一些成果。每年我们总共招生20名左右，同学来自不同的专业。而在培养计划中，我们希望这种学科交叉发生在学生个人身上。比如一个本科学习设计的同学，现在需要拿计算机学位，这个听起来比较难。学艺术的同学是发散思维的特点，而计算机专业都是比较收敛的思维方式，这在学科能力和思维方式上有很多碰撞，当然学科基本能力的基础也有一定的差异。此时的课程培养对于非计算机专业背景、尤其是非理工专业的学生有很大挑战。那么我们怎么做呢？一方面，教师会认真分析每位学生的特点，指导他们选课，并请共同选课的计算机专业学生加强学习交流，首先要让同学有发展自己、克服困难的勇气和决心。另一方面，对学生鼓励与要求相结合。所有专业交叉学生均很好完成计算机学位课程，补充和提高了学生的专业能力，训练了学生的计算思维和实证方法。
这些同学的选题也突出了交叉学科的特点。以下简单列了四位同学的：《文本驱动的语义图像展现》、《大幅交互桌面表现力与交互方式》、《脑机接口与提高注意力》和《非视觉通道上的视觉信息呈现》。这四名同学的背景都是设计专业，他们艺术修养很好。经过培养，他们完成了学位课，能够自己编程、做系统。但是作为一个研究生的选题，我们希望学生能够发挥两个学科的优势，做出一些创造性贡献。
比如第四个题目：非视觉通道上的视觉信息呈现。这个选题就回到开篇讲的信息论。我们普通人获取的信息80%—90%来自视觉通道，但盲人没有这个渠道。这个研究想给盲人做个有效的阅读器，把视觉信息都有效表达给盲人。这里要研究，信息本身是什么样的，信息量是多少，通过别的信道能否有效地把视觉信息转换传达给他们，并且还要设计出相应的硬件平台。这都是在信息艺术设计交叉学科上来开展的工作。我们的同学在有的在国际会议上发表论文，并且他们职业发展也很好。他们在专业能力上更为全面，发现问题和解决问题的能力都明显高于他们原来本科的同学。
2）全球创新学院（GIX）
我现在负责另一个交叉学科培养项目，这就是全球创新学院。全球创新学院（Global Innovation Exchange，简称GIX）是在2015年6月18日于西雅图成立的，去年12月31日在清华校内成立了独立的学院。它是一个跨专业的教学平台，也是清华国际化的很重要一步。
目前清华的国际化项目很多；而全球创新学院更特殊的一点在于，我们的教学平台要走到美国。邱勇校长为它写了“3个I”的特征：第一是国际化（International），这是清华第一个海外国际校区；第二是跨学科（Interdisciplinary）；第三是跨界融合（Integration）。科研是面向问题研究的。全球创新学院的使命就是，面向全球性挑战问题，培养视野开阔，富有责任感和使命感，具有技术、设计和经营能力的创新创业领军人才。
▲全球创新学院效果图
下面来讲讲它的培养特色。首先，这个学院下面不再设专业院系，因为它的研究对象本身就是交叉学科。将来的老师可能不但是计算机系老师，还是GIX创新学院的老师。GIX教授委员会的教授目前来自9个院系；学院的课程由两个高校合作开发——GIX是清华的海外校区，同时清华也与华盛顿大学在教育产品、科学环境、教研环境和校园管理上联合建设。除清华老师之外，也有企业参与学院的人才培养，比如企业研究员会来作教学中的导师，或者学院要组织学生前往企业实习。
第二，教学计划。我们基本上按华盛顿大学的Quarter制设置课程。两年的硕士项目课程如下图所示，分为三个学科门类，红色的是设计类课程，主体部分的是工科的课程，黑色的是商科课程，就是创新相关的能力培养课程。这些课程交织在一起形成了整体的培养计划。
培养有别于传统模式。学院设置导师组，导师组对应学生的项目组，而学生的项目组是动态的，每个学生一年至少要参与三个团队，完成三个项目，每个团队要有准备、实践、发布的过程。这个过程中学生是主导，老师只是学生实现项目的资源，比如创造科研环境，进行指导和提供相应的技术手段。
这里以一个正在进行的项目为例——高灵敏石墨烯传感器。这个研究是信息学院和材料学院的导师指导GIX的学生一起进行的。对于高灵敏石墨烯本身的生成和构造方法，材料学院已有国际水平的研究成果。石墨烯非常轻薄且灵敏度极高，利用它，很多传感都可以颠覆我们目前的穿戴和嵌入式设备。我们希望把它变成传感器，即获取其中的信息，把这个信息和人的环境行为、设备的环境行为结合起来，实现所谓的智慧互联。但目前在材料、电路以及应用设计之间还存在距离。该项目就是做这方面的交叉学科研究。清华为这样的研究创造了很好的环境和条件。
可以看到，学科不是凭空产生的，而是科学家在面临实际问题时具有交叉创新、融合创新的勇气和实践能力。而学科交叉本身也是学科自己发展的一种规律。学校创造了很多交叉学科的平台，希望同学们感兴趣的话能参与其中，成为交叉的一部分。
当然交叉的形式并非它本身的目的；我们希望在多学科交叉和融合的过程中能有所创新。进一步地，现在叫交叉学科只因它还不成熟；一旦它成熟了，就不应该再被贴上“交叉”的标签——此时我们要有成就新领域的勇气。
开篇提到的香农，他做出上世纪最伟大的硕士论文时只有21岁。所以我鼓励同学们有这样的才情，有这样的抱负，在你们最年轻、美好、充满创造力的年龄，在清华创造的良好环境中做出你们的贡献。
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